北京2015年11月份

雾霾与地震关系的时空序列分析

岳中琦

在2015年11月27日到12月1日期间，京津冀及周边地区出現的空气重污染。在12月1日加剧，灰霾面积扩大到50到100万平方公里。幸好，12月2日零时，来了冷空气和大风，仅仅数分钟时间，就把这些严重雾霾吹走了。

根据相关网站公布的环境保护部雾霾测量数据，图1给出了北京的AQI、PM2.5、PM10、SO₂、CO、NO₂和O₃从11月4日到12月4日的每天平均变化图。从图中可见，北京空气霾浓度在11月6日到7日低于50，之后，逐渐增加，14日达到峰值。之后，又快速下降。在16日到26日之间，空气质量正常。但是，在27日快速增大，直到到12月1日，达到超过450微克峰值。

图2给出了更具体的每小时平均PM2.5随时间序列的变化。PM2.5在30日晚上8点达到最大峰值606微克每立方米空气。图3给出了PM2.5每小时变化速度。可见PM2.5颗粒每小时增大速度可达60到240微克每立方米空气。它的降低速度也可达到200微克每小时。

雾霾“来势凶猛”是广大京津冀及周边地区空气污染过程的主要特征。如果污染面积1万平方公里，被污染的空气高度（厚度）1公里，那么，PM2.5每小时增大100微克，就需要1百万公斤的粒径小于2.5微米的颗粒物质，快速地在空气中扩散。如果污染面积100万平方公里，被污染的空气高度（厚度）1公里，那么，PM2.5每小时增大100微克，就需要10万吨的粒径小于2.5微米的颗粒物质，快速地在空气中扩散。

这些巨量污染颗粒物质（霾源）是从哪里来的呢？目前，巨量霾源观点有多种。它们包括，机动车燃油、燃煤、扬尘、流动源、工业生产、钢铁厂、污染土壤、拉圾填埋场、和污染水体。它们是如何瞬间增大、扩散的呢？气象条件包括空气风速、大气压强、大气稳定和湿度。污染物输送和扩散不利的气象条件包括地面高湿度、低风速、强逆温。虽然有大量研究，但是，问题相当复杂，还是没有解决好。

11月27日到12日1日的北京严重雾霾天气使得我想起了，2008年5月12日，在四川龙门山发生的汶川地震。地震瞬时和之后，300公里长、20公里宽、10多公里高的天空瞬间变得天昏地暗、粉尘飞扬弥漫（图4）。

地震可以造成大范围、大面积地面波动、振动和晃动。因此，地震可以快速地、大范围地将地下气体、粉尘带到空气中。也要注意到，北京四周有2千多座垃圾场。在适合的气象条件下，地震动导致的气体和粉尘或许可以形成雾霾。

因此，我再分析了，华北地区从11月4日到30日的地震数据。经纬度范围为经度111.0度到119.5度和纬度35.0度到42.5度。图5给出了距离北京市中心（经度116.39度和纬度39.9075度）300公里的地震微观震中地面分布图。图6给出了雾霾和地震（震级和距离）的时间序列关系图。

在这段时空范围内，总共发生了3.9级到1.1级地震47次。在北京海淀、延庆、平谷和通州分别发生了1次2.3、1.6、1.4和1.1级地震。在天津宝坻发生了1次2.5和1次1.7级地震，天津滨海发生了4次1.7级地震。在河北滦县、丰南、唐山、兴隆、古治、宁晋、安次、廊坊、张北、怀安、怀来、新河、阜平、阳原发生了35次1.1级到3.9级的地震；3.9、3.4、3.1和3.0级地震分别一次；2.2、2.1和1.9级地震分别2次。在渤海，发生了1次2.0级地震。

从图6可见，在PM2.5浓度低段A、B和C，地震数量没有或极少。在在PM2.5浓度高段A和B，地震数量增多、增大。PM2.5浓度高段B的地震数量和震级比在PM2.5浓度高段A的地震数量和震级均大。表1给出了26日到30日发生在北京和四周300公里范围内的地震数据。最为特别地，这段时间最大的3.9级地震发生地点在河北丰南（据北京距离186公里）、时间在11月28日夜间2点28分38秒。

根据这段时间PM2.5浓度、宏观雾霾天气和地震数据的时间序列分析，可以看到，北京周边地震（特别是唐山地区地震）同北京雾霾天气的相关性。它们的相关度较高。

雾霾天气研究和预测，或许应该增加实时地震观测数据和相关研究。这方面研究目前还处与开始阶段，更多研究结果将陆续报告。

2015年12月9日16：30写成于港大办公室